우리 은하 중심에 있는 초거대 블랙홀_궁수자리A*

궁수자리 A*의 그림자(출처: 위키피디아)

궁수자리 A*란?

궁수자리 A*(궁수자리 A별, 영어: Sagittarius A*, Sgr A*)은 궁수자리와 전갈자리 경계 근처, 우리은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀로 여겨지고 있습니다. 궁수자리 A* 주변을 공전하는 별 S2의 관측은 우리은하의 중심 블랙홀의 존재를 보여주고, 데이터를 만드는 데 이용되며, 이는 궁수자리 A*이 그 블랙홀의 위치라는 결론으로 유도됩니다. 일부 연구팀은 1.3 mm의 파장대에서 이루어지는 현존 최고해상도의 측량에서,  26,000 광년 거리에 존재하며 직경이 4,400만 킬로미터임을 추측합니다. 궁수자리 A*의 고유 운동은 대략 적경에서 연당 -2.70 밀리초, 적위에서 연당 -5.6 밀리초입니다. 궁수자리 A*의 평균 흡수율은 그 질량의 블랙홀에 비해 매우 작지만, 지구와 매우 가깝기 때문에 관측할 수 있었습니다. 또한 궁수자리 A*의 겉보기 위치가 정확히 블랙홀에 중심을 두고 있으면, 중력 렌즈로 인해 확대되어 실제 크기보다 더 크게 보일 가능성도 있습니다. 

궁수자리 A*의 특징

우리은하 중심에 있는 초거대 블랙홀 궁수자리 A*가 빠르게 회전하며 주변의 시공간을 바꾸고 있다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다. 시공간은 우리가 공간을 보는 방식을 설명하는 4차원 연속체로, 1차원 시간과 3차원 공간을 융합하여 거대한 천체에 반응하여 휘어지는 공간 구조를 나타냅니다.

한 물리학자 팀은 우주의 뜨거운 지역에서 방출되는 X선 방출을 감지하기 위해 고안된 망원경인  NASA의 Chandra X선 관측소와 함께, 지구로부터 26,000광년 떨어진 곳에 있는 블랙홀을 관찰했습니다. 그들은 블랙홀을 둘러싼 물질, 가스 등 에서 발견될 수 있는 전파와 X선 방출을 관찰하는 방법인 유출 방법을 사용하여 궁수자리 A*의 회전 속도를 계산했습니다.

연구원들은 블랙홀이 회전하고 있다는 것을 확인했고, 이것은 렌세-티링 효과(Lense-Thirring effect)라고 알려져 있습니다. 이 효과는 블랙홀이 회전과 함께 시공간을 끌 때 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 유출 방법을 설계한 펜실베이니아 주립 대학 물리학 교수이자 수석 연구 저자인 루스 데일리(Ruth Daly)는 다양한 블랙홀의 스핀을 측정하기 위해 노력해 왔으며 750개 이상의 초질량 블랙홀을 탐사한 연구도 저술했습니다. 이번 회전으로 궁수자리 A*는 주변 시공간의 모양을 극적으로 바꿀 것으로 데일리는 예측합니다. 우리는 천장까지의 거리, 바닥까지의 거리 등 모든 공간적 차원이 동일한 세상에서 생각하고 사는 것에 익숙하지만 이 모든 것들은 1차원적이고 선형적입니다. 만약 빠르게 회전하는 블랙홀을 가지고 있다면, 그 주변의 시공간은 대칭적이지 않을 것이며 시공간을 짓누르고 동그란 모양처럼 보일 것입니다. 회전하는 블랙홀은 모든 시공간을 함께 끌고 다니기 때문입니다. 시공간의 변화는 걱정할 것이 없지만, 이 현상을 조명하는 것은 천문학자들에게 매우 유용할 수 있습니다. 블랙홀이 은하 형성과 진화에서 하는 역할을 이해할 수 있는 훌륭한 도구로 여겨지곤 합니다. 블랙홀이 회전할 수 있는 역동적인 존재이고 우리 은하계에 영향을 미칠 수 있다는 사실은 중요한 연구 결과입니다.

블랙홀의 스핀

블랙홀의 스핀은 0에서 1까지의 값이 있는데, 0은 블랙홀이 회전하고 있지 않다는 것을 의미하고, 1은 최대 스핀 값입니다. 이전에는 궁수자리 A*의 스핀에 대한 값에 대해 합의가 이루어지지 않았습니다. 블랙홀 근처의 물질과 유출된 정보를 모두 사용하는 유일한 방법인 유출 방법으로 궁수자리 A*는 스핀 각운동량 값이 0.84에서 0.96 사이인 반면 지구에서 5,500만 광년 떨어진 처녀자리 은하단의 블랙홀인 M87*은 1(불확실성 + 또는 -0.2의 더 큰 값)에서 회전하는 것으로 밝혀졌으며 질량의 최대치에 가깝습니다. 연구팀이 두 블랙홀이 비슷한 속도로 회전하는 것을 발견했지만, M87*은 궁수자리 A*보다 훨씬 더 무겁다고 말했습니다. 그래서 궁수자리 A*는 덮을 수 있는 거리가 적고 M87*의 한 번 회전할 때마다 더 많이 회전합니다. 궁수자리 A*는 훨씬 더 빠르게 회전하고 있는데, 이는 스핀 각운동량이 더 높기 때문이 아니라 한 바퀴 돌 때 이동할 거리가 적기 때문이라고 설명합니다.

블랙홀의 연구 가치

블랙홀의 질량과 스핀을 알면 천문학자들이 블랙홀이 어떻게 형성되고 진화했을지 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 더 작은 블랙홀들이 합쳐진 결과로 형성된 블랙홀들은 일반적으로 낮은 스핀 값을 보일 것입니다. 하지만, 주변 가스의 강착으로 만들어진 블랙홀은 높은 스핀 값을 보일 것입니다. 궁수자리 A*가 회전하는 속도는 블랙홀 질량의 상당 부분이 강착에서 비롯되었음을 보여주고 있습니다. 우리은하의 중심 블랙홀이 회전하느냐 안 하느냐, 혹은 얼마나 빨리 회전하느냐의 문제는 매우 중요할 것입니다. 이러한 우리은하 중심에 대한 특성을 연구함으로써 우리은하의 역사와 구조에 대해 배우고, 우리의 이론을 시험해 볼 수 있으며, 흥미로운 물체의 존재를 발견할 수도 있을 것입니다.